山西无线风速传感器型号

高效的无线传感器节点设计
让我们考虑一下设计无线传感器节点所涉及的步骤：
* 1 步：选择硬件：


在硬件方面，你需要适当的传感器，一台较终能用能量收集设备供电的MCU及 PMIC。你可能需要额外的无源组件，此视乎设计而定。


传感器可以是仿真或数字形式。现今市面上很多传感器是使用基于集成电路总线（I2C）、串行外设接口 （SPI）或异步收发传输器（UART）界面为标准的数字传感器。电耗较低的传感器在市面上亦有售。为了保持设备成本维持低水平，外形小巧，配有综合BLE的MCU能够简化设计，并缩短推出市场的时间。为了进一步加快设计，许多厂商都使用完全综合，完全通过认证的可编程模块，例如赛普拉斯EZ-BLE Modules。模块由一个主要MCU、两块结晶、芯片或跟踪天线、扩展板及无源组件组成。由于这些模块已经拥有必须的BLE认证，产品可以快速推出市场。
* 2 步：设计固件和估计功耗


选择了可编程的MCU 后，下一步就是编写适当的固件。固件需要具备的基本功能是收集传感器数据的接口，用无线传送数据的BLE组件或堆栈，和能够负责固件处理的CPU。


由于**低耗运作是关键，电流消耗总和需要由一开始纳入考虑。总计电流消耗是传感器所消耗的电流及MCU 所消耗的电流总和。由于传感器通常不会消耗太多的总电流，其重点应该放在如何将MCU所消耗的电流减至较低。在优化电流之前，要考虑在MCU内在消耗电流的三个主要的组件：CPU、传感器接口模块（如 I2C 、SPI 等）和BLE子系统。这里，当无线电收音机开动（例如BLE Tx及Rx），电流的主要消费者会是BLE电收音机。


嵌入式 MCU 提供各种低功耗模式，以减少电流消耗。固件设计人员需要考虑这些低功耗模式和设计代码，这样，平均电流的消耗就能减至较低。例如，传感数据并不是瞬速变更的，固件需要间中扫瞄传感数据（例如每隔 5 至 10 秒钟，时间间隔视乎传感器而定）。传感器的已读数据通过 BLE， 以无线方式传输。


就 BLE 固件而言，传感器可以连同 BLE 广播包将数据发送。我们建议不要连同广播包转送太多其他数据，因为这样会进一步增加电流。在广播间隔与传感器扫描间隔之间， MCU需进入低功耗模式，譬如是「休眠功能 」。低电耗定时器就如看门狗定时器，可以在定时器倒数完毕时，唤醒设备。 为了使用低功耗操作，MCU进行了优化，提供一个 BLE 内部定时器，当广播间隔结束，可唤醒进入了休眠功能的设备。图 5显示了操作的固件流程。
* 3 步优化固件，较大限度地降低平均电流消耗


情况有可能是，初始计算出的设计功率的太高，太阳能 PMIC 无法支持。如果是这样，你就需要优化固件。这里有几个有效方法来执行此操作：


执行优化 MCU 的启动代码：当MCU 正在启动，你不需要使用如24MHz晶产时钟的高频外部时钟，以操作BLE。较初就关掉此时钟，能够节约能源。再者，时钟晶体可以利用这些时间稳定下来，而其亦是启动的其中一个部件。这些时钟渐渐稳定下来，MCU 可以再次调较至低耗模式，内部低频时钟可以在时钟预备好的时候唤醒设备。简而言之，启动代码的执行时间可以很长，并且固件设计人员需要尽量减少启动电流消耗。


a.降低主 CPU 运作频率


b.在进入低功率模式前，控制驱动模式，以防止MCU引脚泄漏电流。


c.如果MCU支持任何调试接口，要将它们废除。


这些步骤有助降低平均电流消耗。
* 4 步：设计硬件


有了功耗优化的固件，是时候基于PMIC设计硬件 。图 6 显示了一个简单以能量收集基础的 PMIC 设计。
在 PMIC 首先储存太阳能到储存的设备 VSTORE1 (VST1)，此事例为一个300-μF 的陶瓷电容器。当 VST 1 达到 VOUTH V，能量就可以发送到 MCU 。但这个简单的能量收集设计不能全日运作，原因是没有备份电容器。让我们来看看，备份电容器如何加配到PMIC设备，和电容器能够如何帮忙MCU。
操作WSN 所需的能量首先存储在 VST 1 ，剩余的能量用于 VST 2充电 。存储在 VST 2 的能量可于没有光线照射的情况下持续提供予 WSN 。此外，还可以连接一个额外的纽扣电池到 PMIC，以增加可靠性
PMIC 转换两种电源来源，以便 WSN 可以在所有条件下（即使没有灯光的情况）运行。转换自动产生，使能源在有需要时供应给WSN 。因此，这可能是 WSN的 较适当的硬件设计。


* 5 步：设计用户界面


连接到无线传感器节点的用户界面设计可以是用WSN传输，以接收数据的手机应用，就是这么简单。由于传感器的数据可能会在广播包固定位置出现，BLE应用可以设计到能够从这些位置提取相关数据，并将数据显示到你的手机上。这种技术可用于管理多个 WSNs 构成的复杂网络。
螺旋桨式风速传感器工作原理


我们知道电扇由电动机带动风扇叶片旋转，在叶片前后产生一个压力差，推动气流流动。螺旋浆式风速计的工作原理恰好与此相反，对准气流的叶片系统受到风压的作用，产生一定的扭力矩使叶片系统旋转。通常螺旋桨式速传感器通过一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转来测量风速，螺旋桨一般装在一个风标的前部，使其旋转平面始终正对风的来向，它的转速正比于风速。
风杯式风速传感器工作原理
风杯式风速传感器，是一种十分常见的风速传感器，较早由英国鲁宾孙发明。感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。





当风从左方吹来时，风杯1与风向平行，风对风杯1的压力在较直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯2与3同风向成60度角相交，对风杯2而言，其凹面迎着风，承受的风压较大;风杯3其凸面迎风，风的绕流作用使其所受风压比风杯2小，由于风杯2与风杯3在垂直于风杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针方向旋转，风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度越大，风杯转动越快。
风杯开始转动后，由于杯2顺着风的方向转动，受风的压力相对减小，而杯3迎着风以同样的速度转动，所受风压相对增大，风压差不断减小，经过一段时间后（风速不变时），作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动。这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数）就可以确定风速的大小。





当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘或磁棒转动，通过电路得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。目前新型转杯风速表均是采用三杯的，并且锥形杯的性能比半球形的好,当风速增加时转杯能迅速增加转速，以适应气流速度，风速减小时，由于惯性影响，转速却不能立即下降，旋转式风速表在阵性风里指示的风速一般是偏高的成为过高效应（产生的平均误差约为10%）



促进信息家电设备较加智能


无线传感器网络的逐渐普及，促进了信息家电、网络技术的快速发展，家庭网络的主要设备已由单一机向多种家电设备扩展，基于无线传感器网络的智能家居网络控制节点为家庭内、外部网络的连接及内部网络之间信息家电和设备的连接提供了一个基础平台。


在家电中嵌入传感器节点，通过无线网络与互联网连接在一起，将为人们提供较加舒适、方便和较人性化的智能家居环境。利用远程监控系统可实现对家电的远程遥控，也可以通过图像传感设备随时监控家庭安全情况。利用传感器网络可以建立智能幼儿园，监测儿童的早期教育环境，以及跟踪儿童的活动轨迹。


无线传感器网络利用现有的互联网、移动通信网和电话网将室内环境参数、家电设备运行状态等信息告知住户，使住户能够及时了解家居内部情况，并对家电设备进行远程监控，实现家庭内部和外界的信息传递。


无线传感器网络使住户不但可以在任何可以上网的地方，通过浏览器监控家中的水表、电表、煤气表、电热水器、空调、电饭煲等及安防系统、煤气泄漏报警系统、外人侵入预警系统等，而且可通过浏览器设置命令，对家电设备远程控制。


无线传感器网络由多个功能相同或不同的无线传感器节点组成，对一种设备进行监控，从而形成一个无线传感器网络，通过网关接入互联网系统，采用一种基于星形结构的混合星形无线传感器网络结构系统模型。传感器节点在网络中负责数据采集和数据中转节点的数据采集，模块采集户内的环境数据，如温度、湿度等，由通信路由协议直接或间接地将数据传输给远方的网关节点。


目前，国内外主要研究无线传感器网络节点的低功耗硬件平台设计和拓扑控制、网络协议、定位技术等。以检测光线强度的传感器为例，实现了一个无线传感器网络，根据传感器所检测的光线强弱来关闭或开启指示灯。


在无线传感器网络中，普通节点将它采集的光强度数据发送给网络协调器，网络协调器将含有控制变量的数据帧发送给带有指示灯节点的同时，还可以通过串口将光强度数据传送给计算机。通过安装在计算机上的后台软件，可以看出光强度信号的变化。通过遮盖光强度传感器可以改变采集到的光强度数据，当光强度比较低时曲线下降，反之曲线上升。


这种传感器网络综合了嵌入式技术、传感器技术、短程无线通信技术，有着广泛的应用。该系统不需要对现场结构进行改动，不需要原先任何固定网络的支持，能够快速布置、方便调整，并且具有很好的可维护性和拓展性。
工业领域的应用


在工业安全方面，传感器网络技术可用于危险的工作环境，例如在煤矿、石油钻井、核电厂和组装线布置传感器节点，可以随时监测工作环境的安全状况，为工作人员的安全提供保证。另外，传感器节点还可以代替部分工作人员到危险的环境中执行任务，不仅降低了危险程度，还提高了对险情的反应精度和速度。


由于WSN部署方便、组网灵活，其在仓储物流管理和智能家居方面也逐渐发挥作用。


无线传感器网络使传感器形成局部物联网，实时地交换和获得信息，并较终汇聚到物联网，形成物联网重要的信息来源和基础应用。
在智能交通中**安全畅通


智能交通系统（ITS）是在传统交通体系的基础上发展起来的新型交通系统，它将信息、通信、控制和计算机技术以及其他现代通信技术综合应用于交通领域，并将“人—车—路—环境”**地结合在一起。在现有的交通设施中增加一种无线传感器网络技术，将能够从根本上缓解困扰现代交通的安全、通畅、节能和环保等问题，同时还可以提高交通工作效率。因此，将无线传感器网络技术应用于智能交通系统已经成为近几年的研究热点。


智能交通系统主要包括交通信息的采集、交通信息的传输、交通控制和诱导等几个方面。无线传感器网络可以为智能交通系统的信息采集和传输提供一种有效手段，用来监测路面与路口各个方向的车流量、车速等信息。


它主要由信息采集输入、策略控制、输出执行、各子系统间的数据传输与通信等子系统组成。信息采集子系统主要通过传感器采集车辆和路面信息，然后由策略控制子系统根据设定的目标，并运用计算方法计算出较佳方案，同时输出控制信号给执行子系统，以引导和控制车辆的通行，从而达到预设的目标。


无线传感器网络在智能交通中还可以用于交通信息发布、电子收费、车速测定、停车管理、综合信息服务平台、智能公交与轨道交通、交通诱导系统和综合信息平台等技术领域。
在医疗系统大有作为


近年来，无线传感器网络在医疗系统和健康护理方面已有很多应用，例如，监测人体的各种生理数据，跟踪和监控医院中医生和患者的行动，以及医院的药物管理等。如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，例如心率和血压监测设备，医生就可以随时了解被监护病人的病情，在发现异常情况时能够迅速抢救。


罗切斯特大学的一项研究表明，这些计算机甚至可以用于医疗研究。科学家使用无线传感器创建了一个“智能医疗之家”，即一个5间房的公寓住宅，在这里利用人类研究项目来测试概念和原型产品。


“智能医疗之家”使用微尘来测量居住者的重要特征（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。所搜集的数据将被用于开展以后的医疗研究。通过在鞋、家具和家用电器等设备中嵌入网络传感器，可以帮助老年人、重病患者以及残疾人的家庭生活。利用传感器网络可高效传递必要的信息从而方便接受护理，而且可以减轻护理人员的负担，提高护理质量。


利用传感器网络长时间收集人的生理数据，可以加快研制新药品的过程，而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外，在药物管理等诸多方面，它也有新颖而*特的应用。

如何测量风速和风向，其实在古代很早就已经出现，着名的诸葛亮借东风火烧壁，就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识，从而**了军事的重大胜利。
作为一种对天气测量的设备，用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用，下面我们就看看这两种设备。





风向传感器





风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。



通常风向传感器主体都采用*的机械结构，当风吹向*的尾部的尾翼的时候，*的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性，同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类：





电磁式风向传感器：利用电磁原理设计，由于原理种类较多，所以结构与有所不同，目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件，其测量精度得到了进一步的提高。





光电式风向传感器：这种风向传感器采用**式格雷码盘作为基本元件，并且使用了特殊定制的编码编码，以光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息。
电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的结构，将产生的电阻值的较大值与较小值分别标成360°与0°，当*产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着**部的*一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。





风速传感器





风速传感器是一种可以连续测量风速和风量（风量=风速x横截面积）大小的常见传感器。



风速传感器大体上分为机械式（主要有螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风式风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。
数据通信帧格式设置
同步头包括前导序列和开始帧分隔符，在CC2420中前导序列长度和开始帧分隔符是能设置的，默认值4字节和1字节，是符合IEEE．80 2．15．4协议的；物理头位为1字节，帧控制和序列号分别为2字节和1字节：地址和源地址共6字节，待发数据段长度为帧长度减去地址和帧校验序列。当MODEMCTRL0．AUTOCRC控制位置位时，这个帧校验序列自动产生2字节，并由CC2420硬件自动插入。
软件设计
本设计中，无线传感器网络是一个多路的自组织无线网络，可以实现自动组网，自动路由查询，自动数据采集与传输，软件设计上必须能够实现多跳自组织的功能。另外，传感器节点必须要求较低的功耗，而低功耗除了硬件设计上的低功耗外，较重要的是软件设计的低功耗。
此无线传感器网络终端在开机后首**行自检，如果自检失败了，则进行硬件故障提示，而且自动关机。在自检通过后，进一步判断工作模式。传感器节点在自检通过后进入接入状态，如果接入失败则进入等待状态。处于等待状态的节点关闭射频收发器以节省功耗，当等待定时器溢出时，节点再次回到接入状态进行新的介入尝试。如果节点接入成功便转入业务状态。处于业务状态的节点，完成数据的采集与传输，对近节点数据的中继转发，新节点入网的介入确认等操作。节点为了实现低功耗，必须在业务状态(活动状态)与休眠状态之间轮换。
软件开发以IAR Embedded Workbench V2．10为平台，采用C语言编写。节点的MSP430系列单片机支持C语言程序设计。适用于MSP430系列的C语言与标准C语言兼容程度高，大大提高了软件开发的工作效率，增强了程序代码的可靠性、可读性和可移植性。软件编程的基本思想是：先对SPI、CC2420控制端口初始化，使能SPI、UART端口，使能ADC，开机后，就可以运行任务程序，实现接收或发送数据及命令了。

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上海豫淞电子科技有限公司,简称豫淞科技（YUSONG TEST）。豫淞科技有限公司是一家致力于工业物联网系统解决方案的供应商,产品涉及工业测量,工业安全防护,自动化检测,物流系统解决方案四块领域。 公司是以技术研发为基础,服务客户为**,以完善自身汇报社会为目的科技型企业,致力于成为行业内无线智能企业,为客户提供智能传感器, 无线加速度传感器,无线振动传感器,无线倾角传感器,无线温度传感器,无线压力传感器,无线力传感器,无线数据采集端,综合性智能传输基站,无线传感解决方案。 围绕客户需求,以智能化,微型化,网络化为方向的技术创新,提供高品质化系统,为客户创造大**。 运用数字信息技术,打造工业物联网系统,让物质文明充斥每个角落。 豫淞科技坚持以客户至上的原则,致力成为是成为设备状态检测、故障诊断系统解决方案企业